浙江中特气动阀门成套有限公司
长输天然气管道大口径球阀内漏故障分析与检测方法探讨

0 引言

随着我国经济的迅速发展,近几年国内陆续建成投产西一线、西二线、陕京线、中缅线和中贵线等多条天然气长输管线。球阀作为长输管道系统重要组成部分,大量投入使用,然而,由于制造工艺不成熟、安装调试使用操作不正确、维护保养不到位等原因,导致阀门出现内漏。阀门内漏会对正常输气带来一定负面影响,当涉及到管线打开作业时,内漏不仅增加作业风险,而且也加大了施工的难度和维检修成本。

能够及时发现阀门内漏,快速准确判断内漏部位和原因,依据内漏实际情况制定安全措施,调整工艺流程,不仅能够降低管线打开作业安全风险,同时也可最大程度减少天然气放空、氮气置换等操作带来的资源浪费和维修成本。

1 球阀结构与内漏原因

中缅及中贵天然气管道安装了大量的DN400-DN1000的固定球球阀,固定球球阀一般用于大口径、高压力阀门,阀门的球体只会沿着阀杆做90°转动,而不会相对阀体产生平移。在介质的压力作用下,浮动阀座产生移动,使密封圈压紧在球体上,以保证密封。

从图1中可以看出,无论是球阀处于全开位还是全关位,球体、阀体和阀座(上的密封圈)将会形成一个密封空间(阀腔),当球体与上下游任意一阀座密封圈接触面有缝隙时,密封即失败,阀门上下游高压气体随即窜入阀腔内;而当球体与上下游两端阀座密封圈接触面同时出现缝隙时,此密封腔与上下游联通,输送介质将从上游高压端经阀腔流向下游。

图1 球阀结构及其全开全关示意图

2 现行的内漏检测方式

当对阀门定期维护保养或对阀门上(下)游管段的管线打开作业时,会事先对阀门进行内漏检测,不同的作业目的和工艺特点,选择的检漏方法也不相同,主要有以下几种。方法1:通过能否放空阀腔内压力进而判断阀门内漏情况

此种方法主要分为以下几个步骤:①阀门当前状态下(全开或全关)对阀腔进行放空排污操作;②确认腔内压力排尽后,观察排污口(放空口)有无气体连续排出,没有则说明没有内漏,有气体不断排出则说明阀门内漏。

此方法简单易行而在实际生产中得到广泛的应用,但就地放空排污存在一定风险。由于此方法检查不够严谨,一是存在一定误判风险,二是如若发现内漏,还需借助专业工器具或进一步操作来确认泄漏点和泄漏原因。

方法2:通过放空被测截断阀管段间压力判断阀门内漏情况

首先全关需开口管线(设备)前后截断阀,将管线放空后关闭放空阀,确认有无气体节流声,如果有气流声音,证明阀门内漏,如果无气流生,放置8-24小时后,打开此段管线的放空阀门,观察有无气流声音,以此来确认阀门是否内漏。

此方法检测原理简单,效果直观明显,但由于需切换工艺流程,操作步骤较多,且受放空段容积和放空压力等条件限制,验证花费时间较长。此外,若放空段压力回升,仍需借助专业工器具或进一步操作来确认泄漏点和泄漏原因。

方法3:管线放空注氮检漏法

管线放空注氮检漏的基本原理是,当阀腔内的气体无法排尽时,说明阀腔内两端密封至少一端不严,通过阀门两端分别进行放空和氮气置换,并在阀腔排污口检测排出气体组分,进而判断阀门两端密封情况。

此法存在一定局限性,首先操作复杂,耗时较多;其次需放空天然气并大量使用氮气,浪费能源增加作业成本;最后,由于氮气置换无法达到较高压力,因此仅对阀门严重内漏和全关不到位的情况检测结果较为明显。

方法4:借助专业检测仪器

现有的气体阀门内漏检测仪器主要为超声波阀门内漏检测仪,其基本工作原理为当球体与阀座密封圈之间存在缝隙时,由于密封圈两端存在压差,高压端气体会通过缝隙窜入低压端,并在缝隙处形成涡流。伴随涡流产生声波,声波频率与缝隙大小有关。当分析较大时,声波频率较低,人耳能听到节流噪声;当缝隙较小时,产生频率高于20kHz的超声波,人耳无法听到。

此法主要步骤如下:①关闭阀门,建立大于0.03MPa压差;②利用超声波检测仪测定A、B和处环境超声值;③当B处环境超声值大于A、C处时,则此阀内漏,当B处超声值大于A处但小于C处时,内漏应在下游某处。

图2 超声波检测阀门内漏示意图

3 内漏检测方法的适用性及其优缺点对比

表1给出了上述四种方法的适用性对比,从表中可以发现方法1操作简便,实用性强,但由于其将可燃气体就地放空,对于封闭空间和附近有点火源的地区,是极度危险的。方法2一般仅用于站内管线打开作业时使用(如更换过滤器滤芯),首先需要切换工艺流程,如无备用流程,对生产运行影响较大,操作步骤较为复杂,且仅适用于在被测截断阀间管线打开作业。方法3操作复杂,所需时间较长,还需借助放空与注氮确认漏点与原因,成本较高。方法4操作简单,工作时长较短,适用于工况较多,但在某些高噪声场合(压缩机厂房,节流阀),可能引起超声波检漏仪不能正常工作,造成误判。同时,4种方法均存在无法准确找到内漏点这一缺点,而找到漏点,确定内漏原因才是制定安全防护措施,实施下一步管线打开作业的关键。

表1 内漏检测方法对比

4 组合判别方法

通过对比总结上述4种常用检测方法的优缺点,本文将上述4种方法进行结合,总结了以下检测方法。

此法主要步骤如下:①在“方法4”基础之上,增加2个检测点(阀门两端密封处),利用超声波检漏仪确认阀门内漏情况。②放空阀腔,再次对5个点进行超声值检测,并与首次检测结果进行对比。③当两次检测的超声值均为A<D>E>B>C,且第二次检测数值均大于第一次时,可判断D端存在内漏;当两次检测的超声值均为A<D<E>B>C,且第二次检测数值均大于第一次时,可判断E端存在内漏;当两次检测的超声值均为A<D≈E>B>C,且第二次检测数值均大于第一次时,可判断两端均端存在内漏。

图3 新方法检测点示意图

表2给出了2015年某天然气管道全年管道打开作业前对涉及阀门的内漏检测中,使用传统方法与使用新方法得到的不同检测结果,从表中可以看出,本文提出的新方法检测准确,且能及时判断出问题之所在,并且安全系数高。

表2 新老检测方法对比

图4 新方法流程图

5 结语

对比新老五种种检测方法可以发现,总结出的检测方法解决了检测通用性、消除误判风险和推测内漏原因三方面。而方法利用超声波检漏仪不但操作步骤更加简便,且检增加了一次复测,保证了检测结果的准确性。

此法可在长输管道运行企业进行进一步可行性试验,通过大量现场实测对方案进行论证和进一步优化,以满足企业生产需求。在管线打开作业中将会起到重要作用,不但能够排除因阀门内漏误判断带来的安全隐患,降低管道维检修作业难度,减少不必要的天然气放空和氮气置换等,为企业带来可观的经济收益,进一步巩固企业“安全运行、降本增效”的目标。

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